作者：DODO 研究院
星际视界授权转载发布
文章将从技术、经济模型、应用前景这三个方面聊一聊 Arweave 如何通过独一无二的技术优势、有效的经济激励措施完成一个永久且可持续的存储解决方案。
21世纪，互联网步入了新繁荣。但随着保护主义崛起、地缘政治冲突，万物互联的互联网成为“摧毁”人类的新武器。政府审查、科技巨头对数据的垄断让互联网逐步偏离了Tim Berners-Lee在创建万维网最初的平等、自由设想。
密码朋克（Cypherpunk）在信息通信诞生之初，就意识到了个人隐私保护、数据通信封装加密的重要性。极客精神推动之下，互联网加密传输协议SSL，万维网、BitTorrent、比特币等数字货币等新兴技术喷薄而出，开始对信息垄断的寡头企业进行反击。数据存储要解决的，除了保证数据完整度、不丢失，更要确保数据的隐私性，不泄漏。
2001年，Bram Cohen提出了BitTorrent（BT、BT下载），一个架构于TCP/IP协议之上的去中心化传输方案。它将协议传输程序由point-to-point改为了现在所指的点对点（peer-to-peer）。作为开源的内容分发协议的BT本身，采用点对点技术共享大容量文件，如电影/电视节目，其应用场景，可以说是去中心化存储模式的雏形。而2008年，Satoshi Nakamoto发布的比特币白皮书打开了密码朋克精神所指令的另一个纪元。比特币精神中的去中心化、匿名结算等理念糅合了密码朋克们倡导和追求的匿名性和隐私性。比特币精神开启了另一个纪元，一个全新的数字货币时代，一个转向web3的探索指路。
而在其中，去中心化存储成为了Web3基础组建的重要组成部分，是推动数据赋予个人权力，从企业夺回个人数字主权的下一个未来。正如，Ryan Selkis在Messari 2022 Reports中写道“在Web3硬件堆栈的各种组件中，去中心化存储可以说是最强大的。"
这其中，Arweave协议基于互联网的HTTP协议，期望解决当前互联网的言论自由受限、过度审查、易于篡改的问题，打造一次性付费但永久且可持续的存储方案。不可否认，Arweave叙事的内核一直都是成就知识开放、隐私自由的新存储范式。比起成功的Web3商业帝国，Arweave在推动着密码朋克精神，这也是Arweave叙事一直在阐述的理念，这点从它适宜的应用方向或能发掘一二。
接下来，文章将从技术、经济模型、应用前景这三个方面聊一聊Arweave如何通过独一无二的技术优势、有效的经济激励措施完成一个永久且可持续的存储解决方案，如何利用区块链不可篡改的特性，将内容写入区块，如何以去中心化、隐私性、匿名性等特点抗审查、解决互联网隐私与数据安全、构建平等自由民主的未来。
TL;DR
●从技术层面来看，Blockweave和简洁的随机访问证明(SPoRA)解决了信息永久储存，Wildfire激励矿工读取数据；permaweb与二层解决方案Bundlr提供了类web2用户体验。
●Arweave中，用户支付的存储费用是矿工永久存储的成本；矿工收益来源于网络手续费和区块奖励；捐赠池将确保了矿工的收益可以覆盖成本。
●AR代币与ETH类似，是效用型代币；但与BTC类似，AR采用了连续减半模式，这使其具备了“持币友好”的特征。
●具永久经济价值的Arweave和商业化的Filecoin间是互补的良性竞争关系，Arweave各项数据指标在21年NFT爆火时迎来了爆发式增长。
●尽管Arweave目前原生Dapp较少、用户缺位；但其内在的存储共识为其迎来了包括公链、web3创作者经济和DeFi在内的加密生态需求，以及潜力巨大的社会面商业需求。
●Arweave的优势不止在于解决了数据存储的永久性和不变性；从抽象层面看，是信息存在及流动的必要性，是密码朋克精神中个人主权意识的技术展现。
Arweave技术的核心是为了解决如何完成“永久且可持续“的存储方式。
1、Blockweave与简洁的随机访问证明(SPoRA)是信息永久储存的底层模块；
3、Permaweb与Bundles提供了web2式的用户体验。
Blockweave与SPoRA共识
Arweave数据网络的底层基于了Bockweave的区块生成模式，可以说是“进阶”的比特币网络。典型的区块链，如比特币，是一条单链结构，即每个块都将链接到链中的前一个区块。而blockweave的网状结构中，每个块在前一个块的基础上，还将链接到区块链先前历史中的随机回忆块（recall block）。回忆块由区块历史中前一个块的哈希值和前一个块的高度的决定，这是一种具有确定性但不可预测的方式。当矿工想挖掘或验证新块时，矿工需有权利访问召回块的信息。
从表面来看，Arweave与比特币的相似在于：一系列区块以加密方式连接在一起；矿工的补偿来自通货膨胀和交易费用；共识机制依靠工作量证明(Proof of Work, PoW )。Arweave的共识 — 访问量证明（Proof of access, PoA)，是PoW（工作量证明）的一次扩展。
PoA采用RandomX哈希算法，矿工的出块概率 = 随机召回区块的概率 * 第一个找到哈希的概率。矿工需要通过PoW机制找到合适的哈希值来生成新区块，但随机数（Nounce）依赖于前一个区块和任意随机的回忆块信息。回忆块的随机性使得矿工被鼓励存储更多的区块，由此获得相对较高的计算成功率及出块奖励。PoA也激励矿工存储“稀缺块”，即他人没有存储的区块，来获得更大的出块概率和奖励。
21年2月24日, Arweave将PoA共识升级为随机访问的简洁证明SPoRA（Succinct Proofs of Random Access，SPoRA）。相较PoA，SPoRA加强了数据检索速度在区块奖励中的权重，降低了矿工出块概率的权重。为提高数据访问速度，矿工会选择本地存储数据，而非低成本的数据中心，如中心化云存储服务商。PoW出块的权重降低则降低来能源损耗，更符合“碳中和”的理念。SPoRA的架构下，是一个更分散、高效的块分布。根据相关计算，Arweave网络区块丢失的概率小过发生私钥碰撞的概率。
Wildfire
一次性收费即后续数据读取为免费服务，可持续意味着用户可随时访问数据，那如何长效激励矿工愿意零收入的提供数据读取服务呢？
在BitTorrent的博弈论策略 “optimistic tit-for-tat algorithm“设计中，节点是乐观的，将与其他节点合作，不合作的行为将受到惩罚。基于此，Arweave设计了Wildfire，一个隐性激励措施的节点评分系统。Arweave网络中的各个节点将根据接受数据量和反应速度对相邻的各节点进行打分，节点将优先选择排名较高的对等方发送请求。节点排名越高，其信用度越高，出块的概率也就越大，获取稀缺区块可能性也越大。
与BitTorrent类似，节点偶尔会“乐观”，在不考虑节点排名情况下选择交互。纳什均衡的策略下，节点从单纯的带宽分享扩展至自由共享资源的亲社会行为，合作大于竞争间，节点间数据分享的效率也有所提升。
Wildfire实际上是博弈，是高度可扩展的游戏。节点间不存在“排名”共识，亦无义务报告排名的产生和确定，而节点间的”善恶“由自适应机制调节，以确定新行为出现的奖励和惩罚。2021年3月，Arweave网络中节点发现另一组节点使用不利于数据复制最大化的池化软件(pooling software)；随后，另一部分矿工修改、降低了自己对这些矿工的排名评分，以阻止其继续作恶，维护网络稳定。
Permaweb与Bundles
纵观协议架构，负责通用数据共识和共享层的是位于底层的数据存储协议 — arweave网络层，在这之上的是the permaweb（永在网）。
永在网是一个通信协议集群（a cluster of communication protocols），核心的功能就是低成本、零维护、永久地储存信息，包括文本、视频、乃至dApp。就像互联网使用的HTTP协议是基于TCP/IP上一样，基于arweave之上的永在网可理解为基于HTTP协议打造。
从用户视角来看，用户只需通过dApp即可上传数据。例如ArDrive，一个永久版的Dropbox，将数据上传至永在网。桌面端的Evermore则允许用户配置本地文件夹，文件夹中的内容将自动备份到Arweave。这些dApp使得永在网提供了与传统互联网类似的用户体验，但用户发布的内容可永久访问和使用，404不会出现。
Arweave自己的智能合约标准SmartWeave使用Javascript来构建智能合约应用程序。SmartWeave与其他智能合约不同，SmartWeave采用了“惰性评估”系统（lazy evaluation）。它允许区块链免除gas费用，智能合约的交易验证由合约调用者（即用户），在信任的基础上，下载至本地客户端执行，而非网络中的矿工节点。由于合约执行的负担从网络中的节点被转移到客户端/用户，网络的部署和交互成本因而更低。
2021年9月，Arweave发布了二层解决方案 — Bundlr。Bundlr更像是L2兼容层。简单来看，若协议一次性需上传大量数据，可能会达到Arweave网络当前的吞吐量限制。而Bundlr将多个第2层交易捆绑/打包成单笔Arweave（第1层）交易（即Bundle）后上传，从而有效缓解Arweave网络拥堵情况，提升用户体验。Bundlr节点并不压缩数据，只是减少Arweave上的交易计数。Bundlr给出用户的收据凭证将作为权益证明，确保其交易有效性及安全性。这解决了在Arweave上存储大容量文件的需求。Bundlr亦支持用户使用ETH、SOL、MATIC等多种代币来支付存储费用，用户不再需要获取AR代币、链接Arweave钱包。交易繁琐度下降后，用户体验因而上升。可以说，Bundlr在不牺牲安全性的情况下，提供了类Web2的高速、高效的用户体验。
目前，Bundlr已经处理了超过2亿笔交易，超过90%的上传到Arweave的数据，并将上传速度提高了约3000%。直观的数据表明了Bundles提供了更可靠、更具成本效益的永久存储，也吸引了更多开发和使用者进入AR生态。
协议的成功往往由参与者带来的流动性驱动。有效的代币模型下，参与者与协议利益进行绑定，可持续的收益吸引着参与者进入。一般情况下，参与者可以分为两类：矿工/质押者、用户。Arweave经济模型中，原生代币AR主要有两个用途：
1）交易费用：希望将数据放入存储网络的用户以AR代币支付存储费用；
2）矿工奖励：矿工挖矿，即存储、提供数据检索等服务获得的奖励。
Arweave的永久存储的声明依赖于经济保证，因此Arweave的奖励机制是持续激励矿工参与Arweave生态建设的重要一环。Arweave生态的供需模式如下：
◆Arweave需求的价格弹性难以确认，但Arweave实际是偏“免费”的市场，随着时间的推移，用户支付的存储费用/成本趋近于矿工成本及其产生的利润。
◆矿工盈利能力由三个要素组成：区块交易的用户预付款+区块通胀奖励+捐赠基金补贴
存储成本
Arweave上任何数据的存储成本取决于三个因素：
这一切的前提都建立在互联网网络日益降低的存储成本趋势上。存储成本主要受数据密度和数据可靠性驱动。与摩尔定律为CPU减速不同，目前硬件数据存储的最大密度远远低于理论计算值。因此，Arweave的计算假设更保守，以市场硬盘存储1GB/小时价格为起始价，将存储价格下降趋势的假设为每年0.5%，而非过去50年中，数据存储成本每年平均下降30.5%。
需要注意的是，用户支付的存储费用也被设为矿工永久存储的成本，Arweave目前的收费足以覆盖存储数据200年的成本。根据Arweavefees数据，目前存储数据费用约为2.927USD/GB。
存储价格由AR代币支付。随着对Arweave协议存储需求的增加，AR代币的价值亦会增加。当AR代币产生波动，Arweave将自动调用动态存储价格调整模型（dynamic storage price stabilization mechanism）来确保Arweave上的数据成本以法定货币计算是稳定的。在该机制下，矿工挖矿的AR奖励与挖矿难度（Network Difficulty）成正比，通货膨胀奖励（Inflation Rewards）成反比。这一机制虽然无法阻止AR价格的波动，但长期来说是优秀的抗波动机制。
动态存储价格调整模型公式
矿工收益
Arweave网络的核心贡献者是自愿加入的矿工。矿工愿意永久储存数据的动力是收益。矿工们的收入主要有两个来源，一个是网络手续费，另一个便是区块奖励/区块通胀。
网络手续费的收入来自于14%的用户付费，这些代币也将直接成为流通量。剩下约86%将进入捐赠池（endowment pool)，当矿工成本无法覆盖时，捐赠池中的资金将作为补贴发放给矿工。
捐赠基金的类似于银行存款，短时间将减少代币二级市场流通性，亦会不断产生收益。Arweave网络存储量（weave size）与捐赠池资金高度正相关。另外，在Arweave中，区块奖励遵循算法设计呈连续减半模式（continuously halves its issuance rate），不受外部因素的影响。随着时间的推移，Arweave的存储成本逐年降低，区块奖励也逐年减少；但weave size增加下，捐赠池中AR的积累将足以对矿工进行成本补贴、确保收益。这也是Arweave确保数据存储至少200年的经济支撑。
总结来看，区块通胀是大部分加密协议的最基本收益来源。如比特币和以太坊，都以原生代币的形式提供矿工区块验证补偿。AR的总量为6600万，在2018年6月8日的创世区块生成了5500万个。与比特币类似，AR代币发行/区块奖励设计呈下降趋势。与比特币每4年减半的离散减半模式不同，AR代币是连续减半模式。据Delphi Digital报告，2021年区块奖励大约占972,000AR，即平均3.7 AR/2分钟区块；随着区块膨胀最终达到 0，AR代币最终完成6600万代币的发行。
另一方面，AR与ETH类似，是效用型代币（utility token）。它主要用于两个方面，一是用户用以支付存储费用；二是作为矿工的区块奖励。随着Arweave存储需求增加，AR代币的“utility” 价值增加，而正因交易费用中的大比例AR代币将被存入捐赠池，AR的流通量反而会减少。如刘毅老师文章所说，增发量少及增发速度衰减快的特征，使得AR代币拥有与BTC一样的，健全货币高度稀缺的典型特征，因而也是最具持币友好特征的代币。
Arweave生态投资者（即AR持有者）并非生态系统的推动者，而是被动持有者，持有者并不能通过付出货币供应，即质押获得一定奖励。Arweave目前推出了Wrapped AR（wAR），为Arweave代币持有者和生态建设者提供了更多可能性。wAR与AR 1:1挂钩， 是ERC20代币，用户在Arweave的DEX—everpay上将AR提取至以太坊网络获得wAR，随后可在以太坊的dApp生态系统中进行交易。如21年12月， Uniswap V3上线了wAR/ETH流动性池，提供了一种通过持有AR来被动赚钱的方式。
1. 去中心化存储赛道的定位
从去中心化存储赛道来看， Filecoin与Arweave是赛道的两大核心竞争对手。关于两者的差异，有非常多详细的文章做出了对比；本文不对两者的区别做更详细的阐述。
简单来看， Filecoin更偏“商业化”。更像IPFS经济层的FIlecoin允许个人使用闲置的硬盘和带宽容量进行数据存储；即付即用的收费模式，它更像是去中心化版的AWS和Google Cloud。而Arweave的经济价值在于永久，以博弈论设计、一次性收费模式等激励措施为永久存储带来溢价。Filecoin依据价格、持续时间、复制次数等要求，以数千种合约来满足用户需求；而Arweave平台上实际上只提供一份合约: 数据永久保存。与Arweave价值主张最相似的是IPFS，但IPFS上的存储文件仍可被删除。如，Infura的IPFS固定服务会在六个月内未访问用户数据时将其删除。
Arweave与Filecoin类的协议们并非“非此即彼”，反而是有益、互补的良性竞争。永久存储数据虽更具成本效益，但短期存储对用户来说或更有意义。
图片来源：Arweave: Enabling the Permaweb
2. Arweave 数据表现
本文将交易量、数据使用量、存储总量和协议收入这四项数据作为评价Arweave存储需求的核心指标。
总体来看，自2018年6月主网上线后，Arweave逐渐被公链、NFT等接纳成为Web3世界数据存储的解决方案之一，各项数据指标都渐次增长，但始终是小幅波动，温吞爬升的状态中。直到2021年， NFT火热出圈。受益于NFT赛道井喷式需求，Arweave的各项数据指标开始有了爆发式增长，这也说明了一定意义上， 现阶段Web3的存储需求决定了Arweave的发展可能。
由于受市场行情等因素影响，Arweave的交易量和数据使用量目前都呈现了明显的高度波动状态。但过去一个月内，每周仍大约有800万笔交易和1 - 2TB的数据使用量。
数据来源：https://viewblock.io/arweave/stat/txCountHistory
数据来源：https://viewblock.io/arweave/stat/dataUsageHistory
数据来源：https://viewblock.io/arweave/nodes
数据来源：https://web3index.org/arweave
Arweave的应用分布，图片来源：Verto Exchange
来源：Allied Market Research
来源：Allied Market Research
